Клементина (космический корабль)

Эта статья об американском лунном зонде. Чтобы узнать о французском спутнике, см. Клементина (спутник) .

Клементина

Тип миссии	Демонстрация технологий Лунный орбитальный аппарат Астероидный зонд
Оператор	БМДО / НАСА
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ	1994-004А
САТКАТ нет.	22973
Продолжительность миссии	115 дней
Свойства космического корабля
Производитель	Военно-морская исследовательская лаборатория
Стартовая масса	424 кг
Сухая масса	227 кг (500 фунтов)
Власть	1850 Вт
Начало миссии
Дата запуска	25 января 1994 г., 16:34:00 ( 1994-01-25UTC16:34Z ) UTC
Ракета	Титан II(23)Г
Запуск сайта	Ванденберг SLC-4W
Конец миссии
Последний контакт	10 мая 1995 г. ( 11 мая 1995 г. )
Орбитальные параметры
Справочная система	селеноцентрический
Большая полуось	5116,0 километров (3178,9 миль)
Эксцентриситет	0.36
Высота периселена	2162 километра (1343 миль)
Высота Апоселены	4594 километра (2855 миль)
Наклон	90°
Период	300 минут
Лунный орбитальный аппарат
Орбитальное введение	21 февраля 1994 г.
Орбитальный вылет	3 мая 1994 г.
Инструменты
заряженных частиц Телескоп Ультрафиолетовая / видимая камера ПЗС-камера ближнего инфракрасного диапазона (NIR) Система обнаружения и определения дальности лазерного изображения (ЛИДАР) Камера высокого разрешения (HIRES)
Логотип миссии Клементина

Клементина (официальное название « Научный эксперимент программы глубокого космоса » ( DSPSE )) — совместный космический проект Организации по защите от баллистических ракет (ранее — Организация стратегической оборонной инициативы ) и НАСА , запущенный 25 января 1994 года. Его целью было тестирование датчиков и компоненты космического корабля, находящиеся в длительном нахождении в космосе, а также для проведения научных наблюдений за Луной и околоземным астероидом 1620 Географос .

Результаты

Наблюдение астероида не производилось из-за неисправности космического корабля.

Лунные наблюдения включали визуализацию на различных длинах волн в видимом, а также в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах , лазерную альтиметрию , гравиметрию и измерения заряженных частиц. Эти наблюдения проводились с целью получения мультиспектральных изображений всей лунной поверхности, оценки минералогии поверхности Луны, получения альтиметрических данных от 60 северной широты до 60 южной широты и получения гравитационных данных для ближней стороны. Также планировалось отобразить и определить размер, форму, характеристики вращения, свойства поверхности и статистику кратеров Географоса.

Конструкция космического корабля

3D модель Клементины

Космический корабль представлял собой восьмиугольную призму высотой 1,88 м и шириной 1,14 м. с двумя солнечными панелями , выступающими на противоположных сторонах параллельно оси призмы. Фиксированная параболическая антенна диаметром 42 дюйма (1100 мм) с высоким коэффициентом усиления находилась на одном конце призмы, а двигатель 489 Н - на другом конце. Все отверстия для датчиков были расположены вместе на одной из восьми панелей, под углом 90 градусов к солнечным панелям, и защищены одной крышкой датчика.

состояла Двигательная установка космического корабля из монотопливной гидразиновой системы для ориентации и двухкомпонентной системы из тетраоксида азота и монометилгидразина для маневров в космосе. Двухкомпонентная система имела общую скорость Delta-v около 1900 м/с, из которых около 550 м/с требовалось для высадки на Луну и 540 м/с для отлета от Луны.

Управление ориентацией осуществлялось с помощью 12 небольших двигателей ориентации, двух звездных трекеров и двух инерциальных измерительных блоков. Космический корабль стабилизировался на лунной орбите по трем осям с помощью реактивных колес с точностью управления 0,05 градуса и точностью 0,03 градуса. Электроэнергия обеспечивалась одноосными солнечными панелями GaAs/Ge на карданном ) емкостью 15 А·ч, 47 Вт·ч/кг Nihau ( Ni-H подвесе, которые заряжали обычную аккумуляторную батарею .

Обработка данных космического корабля осуществлялась с помощью компьютера MIL-STD-1750A (1,7 MIPS) для безопасного режима, ориентации и служебных операций, 32-битного RISC- процессора (18 MIPS) для обработки изображений и автономных операций, а также системы сжатия изображений. предоставлено французским космическим агентством CNES . Блок обработки данных устанавливал последовательность камер, управлял системой сжатия изображения и направлял поток данных. Данные хранились в динамическом полупроводниковом регистраторе данных емкостью 2 Гбит.

Миссия

Клементины Запуск

Анимация Клементины траектории полета вокруг Луны с 19 февраля 1994 г. по 3 мая 1994 г.
  Клементина   ·   Луна

25 января 1994 года «Клементина» была запущена с космодрома 4 Запад на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии с помощью ракеты-носителя «Титан II» . Миссия состояла из двух этапов. После двух пролетов вокруг Земли высадка на Луну была осуществлена ​​примерно через месяц после запуска. Картирование Луны проводилось примерно в течение двух месяцев и состояло из двух частей. Первая часть состояла из пятичасовой эллиптической полярной орбиты с перицентром около 400 км на 13 градусе южной широты и апоцентром 8300 км. Каждая орбита состояла из 80-минутной фазы картирования Луны вблизи периапсиса и 139 минут нисходящей линии связи в апоапсисе.

После месяца картографирования орбита была повернута в периапсис на 13 градусах северной широты, где она оставалась еще один месяц. Это позволило обеспечить глобальное покрытие изображениями и альтиметрией от 60 ° южной широты до 60 ° северной широты в общей сложности на 300 витках.

После перелета Луны на Землю и еще двух пролетов вокруг Земли космический корабль должен был направиться к 1620 Географосу , прибыв через три месяца для облета с номинальным заходом на посадку ближе чем на 100 км. К сожалению, 7 мая 1994 года, после первого перехода на околоземную орбиту, из-за неисправности на борту корабля один из двигателей ориентации сработал на 11 минут, израсходовав запас топлива и заставив Клементину вращаться со скоростью около 80 об / мин. В этих условиях пролет астероида не мог дать полезных результатов, поэтому космический корабль был выведен на геоцентрическую орбиту, проходящую через радиационные пояса Ван Аллена, для проверки различных компонентов на борту.

Миссия завершилась в июне 1994 года, когда уровень мощности на борту упал до такой степени, что телеметрия космического корабля стала неразборчива. Однако «поскольку космический корабль случайно оказался в правильном положении для повторного включения, наземные диспетчеры смогли ненадолго восстановить контакт в период с 20 февраля по 10 мая 1995 года».

5 марта 1998 года НАСА объявило, что данные, полученные с Клементины, указывают на то, что в полярных кратерах Луны достаточно воды для поддержания человеческой колонии и ракетной заправочной станции (см. Эксперимент с бистатическим радаром ).

Научные инструменты

Телескоп заряженных частиц (CPT)

Телескоп заряженных частиц (CPT) на Клементине был разработан для измерения потока и спектров энергичных протонов (3–80 МэВ ) и электронов (25–500 кэВ). Основными целями исследования были: (1) изучение взаимодействия хвоста магнитосферы Земли и межпланетных ударных волн с Луной; (2) контролировать солнечный ветер в регионах, удаленных от других космических аппаратов, в рамках скоординированного исследования нескольких миссий; и (3) измерить влияние падающих частиц на работоспособность солнечных элементов космического корабля и других датчиков.

Чтобы соблюсти строгие ограничения на массу инструмента (<1 кг), он был реализован в виде одноэлементного телескопа. Телескоп имел полуугол обзора 10 градусов. Детектор кремниевого поверхностно-барьерного типа площадью 100 мм. ² и толщиной 3 мм, был экранирован, чтобы предотвратить попадание протонов с энергией ниже 30 МэВ с других направлений, кроме как через апертуру. Апертура была закрыта очень тонкой фольгой, чтобы предотвратить попадание света на детектор и создание шума. Сигнал детектора был разбит на девять каналов: шесть нижних предназначены для регистрации электронов, а три верхних — для протонов и более тяжелых ионов.

Ультрафиолетовая/видимая камера

Райнера Гаммы Лунные вихри на длине волны 750 нм, зафиксированные Клементина . миссией

Ультрафиолетовая/видимая камера (UV/Vis) была разработана для изучения поверхности Луны и астероида Географос на пяти различных длинах волн в ультрафиолетовом и видимом спектрах. Встреча Geographos была отменена из-за неисправности оборудования. Этот эксперимент позволил получить информацию о петрологических свойствах поверхностного материала Луны, а также получить изображения, полезные для морфологических исследований и статистики кратеров. Большинство изображений было сделано под малыми углами Солнца, что полезно для петрологических исследований, но не для наблюдения за морфологией.

Датчик состоял из катадиоптрического телескопа с апертурой 46 мм и линз из кварцевого стекла, фокусируемых на ПЗС-камеру Томпсона с просветлением и полосой пропускания 250–1000 нм и шестипозиционным колесом фильтров. Отклик на длину волны был ограничен на коротковолновом конце пропусканием и оптическим размытием линзы, а на длинном конце - откликом ПЗС-матрицы. ПЗС-матрица представляла собой устройство передачи кадров, которое допускало три состояния усиления (150, 350 и 1000 электронов/бит). Время интегрирования варьировалось от 1 до 40 мс в зависимости от состояния усиления, угла солнечного освещения и фильтра. Центральные длины волн фильтра (и ширина полосы пропускания (FWHM)) составляли 415 нм (40 нм), 750 нм (10 нм), 900 нм (30 нм), 950 нм (30 нм), 1000 нм (30 нм) и широкополосный фильтр, охватывающий 400–950 нм. Поле зрения составляло 4,2 × 5,6 градуса, что соответствует ширине поперечного сечения около 40 км при номинальной высоте Луны 400 км. Массив изображений составлял 288×384 пикселей. Разрешение пикселей варьировалось от 100 до 325 м во время картографирования одной орбиты Луны. В Geographos разрешение пикселей составляло бы 25 м при максимальном сближении на 100 км, что давало бы размер изображения примерно 7 × 10 км. Камера делала двенадцать изображений за каждую серию изображений длительностью 1,3 с, что происходило 125 раз за 80-минутный период картирования в течение каждой пятичасовой лунной орбиты. Поверхность Луны была полностью покрыта во время двухмесячного этапа картографирования Луны миссии. Динамический диапазон составил 15 000. Отношение сигнал/шум варьировалось от 25 до 87 в зависимости от поверхности. альбедо и фазовый угол с относительной калибровкой 1% и абсолютной калибровкой 15%.

ПЗС-камера ближнего инфракрасного диапазона (NIR)

Продолжительность: 29 секунд. 0:29

Короткометражный фильм о проекте Клементина

Камера ближнего инфракрасного диапазона Clementine (NIR) была разработана для исследования поверхности Луны и околоземного астероида 1620 Географос на шести различных длинах волн в ближнем инфракрасном спектре. Этот эксперимент дал информацию о петрологии поверхностного материала Луны. Встреча с Географосом была отменена из-за неисправности оборудования.

Камера состояла из катадиоптрической линзы, фокусирующейся на механически охлаждаемую (до температуры 70 К ) янтарную ПЗС-матрицу InSb в фокальной плоскости с полосой пропускания 1100–2800 нм и шестипозиционное колесо фильтров. Центральные длины волн фильтра (и ширина полосы пропускания (FWHM)) были: 1100 нм (60 нм), 1250 нм (60 нм), 1500 нм (60 нм), 2000 нм (60 нм), 2600 нм (60 нм) и 2780 нм (120 нм). Апертура составляла 29 мм при фокусном расстоянии 96 мм. Поле зрения составляло 5,6 × 5,6 градуса, что давало поперечную ширину около 40 км при номинальной высоте Луны 400 км. Луна имела полное картографическое покрытие в течение двухмесячной лунной фазы миссии. Массив изображений составляет 256 × 256 пикселей, а разрешение пикселей варьировалось от 150–500 м во время одного орбитального картографирования Луны. (В Geographos разрешение пикселей при максимальном приближении составляло бы 40 м, что давало бы размер изображения примерно 10 × 10 км.) Камера делала двенадцать изображений в каждой серии изображений длительностью 1,3 с, что происходило 75 раз за 80-минутный период картографирования в течение каждого пятичасовая лунная орбита. Динамический диапазон составил 15 000. Отношение сигнал/шум варьировалось от 11 до 97 в зависимости от альбедо поверхности и фазового угла, с относительной калибровкой 1% и абсолютной калибровкой 30%. Прирост варьировался от 0,5X до 36X.

Система обнаружения лазерного изображения и определения дальности (ЛИДАР)

Измерения рельефа, выполненные LIDAR

Эксперимент по обнаружению и определению дальности лазерного изображения «Клементина» ( ЛИДАР ) был разработан для измерения расстояния от космического корабля до точки на поверхности Луны. Это позволит составить альтиметрическую карту, которую можно будет использовать для определения морфологии крупных бассейнов и других лунных особенностей, изучения напряжений и деформаций, а также свойств изгиба литосферы, а также в сочетании с гравитацией для изучения распределения плотности в недрах Луны. корочка. Эксперимент также был предназначен для измерения расстояний до поверхности Географоса, но этот этап миссии был отменен из-за неисправности.

Система LIDAR состояла из лазерного передатчика Nd-YAG ( иттрий -алюминий-гранат) мощностью 180 мДж и длиной волны 1064 нм, который передавал импульсы на лунную поверхность. Лазер генерировал импульс длительностью менее 10 нс. На длине волны 1064 нм импульс имел энергию 171 мДж при расходимости менее 500 мкрад. На длине волны 532 нм он имел импульс мощностью 9 мДж и расходимостью 4 миллирад. Отраженный импульс прошел через телескоп с камерой высокого разрешения, где был разделен дихроичным фильтром на кремниевый лавинный фотодиодный детектор. Детектор представлял собой одиночный приемник SiAPD размером 0,5 × 0,5 мм с полем зрения 0,057 квадратных градусов. Лазер имел массу 1250 г, приемник размещался в камере HIRES массой 1120 г. Время прохождения импульса определяло расстояние до поверхности. Память LIDAR может сохранять до шести обнаружений возврата за одно срабатывание лазера с установленным порогом для наилучшего компромисса между пропущенными обнаружениями и ложными тревогами. Возвраты хранились в интервалах диапазона 39,972 м, что соответствует разрешению 14-битного тактового счетчика. Номинальная дальность действия LIDAR составляет 500 км, но альтиметрические данные были собраны для высот до 640 км, что позволило охватить зону от 60 градусов южной широты до 60 градусов северной широты к концу лунной фазы миссии. Разрешение по вертикали составляет 40 м, а разрешение по горизонтали — около 100 м. Расстояние между трассами измерений на экваторе составляло около 40 км. Одно измерение производилось каждую секунду в течение 45-минутного периода на каждом витке, что давало расстояние между трассами 1–2 км.

Камера высокого разрешения (HIRES)

Звездный трекер «Клементина», вид на Луну и Венеру вдалеке

Камера высокого разрешения «Клементина» состояла из телескопа с усилителем изображения и ПЗС- матрицы с покадровой передачей изображений. Система визуализации была предназначена для изучения избранных участков поверхности Луны и околоземного астероида 1620 Географос, однако встреча с астероидом была отменена из-за неисправности. Этот эксперимент позволил детально изучить поверхностные процессы на Луне и в сочетании со спектральными данными позволил провести композиционные и геологические исследования с высоким разрешением.

В качестве тепловизора использовалась усиленная ПЗС-камера Томпсона с шестипозиционным колесом фильтров. Набор фильтров состоял из широкополосного фильтра с полосой пропускания от 400 до 800 нм, четырех узкополосных фильтров с центральными длинами волн (и шириной полосы пропускания (FWHM)) 415 нм (40 нм), 560 нм (10 нм). , 650 нм (10 нм) и 750 нм (20 нм) и 1 непрозрачная крышка для защиты усилителя изображения. Поле зрения составляло 0,3 х 0,4 градуса, что соответствует ширине около 2 км при номинальной высоте Луны 400 км. Массив изображений составляет 288 × 384 пикселей (размер пикселя 23 × 23 микрометра), поэтому разрешение пикселей на Луне составляло 7–20 м в зависимости от высоты космического корабля. (В Geographos разрешение было бы <5 м при максимальном приближении.) Световая апертура составляла 131 мм, а фокусное расстояние - 1250 мм. Номинальная скорость съемки составляла около 10 кадров в секунду в отдельных сериях изображений, охватывающих все фильтры на Луне. Высокое разрешение и небольшое поле зрения позволяли охватить только избранные участки Луны в виде длинных узких полос одного цвета или более коротких полос до четырех цветов. Прибор имеет соотношение сигнал/шум от 13 до 41 в зависимости от альбедо и фазового угла, с относительной калибровкой 1% и абсолютной калибровкой 20%, а также динамическим диапазоном 2000.

Телескоп камеры высокого разрешения использовался совместно с инструментом ЛИДАР. Возвратный лазерный сигнал с длиной волны 1064 нм был разделен на приемник LIDAR (лавинный фотодиодный детектор) с помощью дихроичного фильтра.

Изображения, полученные с помощью HIRES, можно просмотреть в программном обеспечении NASA World Wind .

Четыре орфографических вида Луны

Ближняя сторона	Задняя сторона	Дальняя сторона	Ведущая сторона
0°	90°	180°	270°

Полярные регионы (орфографически, с центром на полюсе)

Северный полюс	Южный полюс

Эксперимент с бистатическим радаром

« Эксперимент с бистатическим радаром », импровизированный во время миссии, был разработан для поиска следов лунной воды на полюсах Луны. Радиосигналы от передатчика зонда «Клементина» были направлены в сторону северной и южной полярных областей Луны, а их отражения были обнаружены приемниками Deep Space Network на Земле. Анализ величины и поляризации отраженных сигналов позволил предположить наличие летучих льдов, которые интерпретируются как водяной лед, в поверхностных грунтах Луны. Было объявлено о возможном месторождении льда, эквивалентном большому озеру. Однако более поздние исследования, проведенные с помощью Аресибо, показали аналогичные картины отражения даже от областей, не находящихся в постоянной тени (и в которых такие летучие вещества не могут сохраняться), что привело к предположению, что результаты Клементины радиотелескопа были неправильно истолкованы и, вероятно, были вызваны другими факторами, такими как как шероховатость поверхности.

После лунной миссии

Клементина в Смитсоновском музее авиации и космонавтики

7 мая 1994 года (UTC) у «Клементины» произошел сбой в компьютере после того, как она покинула лунную орбиту. В результате аварии израсходовано оставшееся топливо, и космический корабль раскрутился до 80 оборотов в минуту. Он использовался на геоцентрической орбите до конца своей миссии, но полет к астероиду был прерван 2 мая.

Артефакты

Инженерная модель космического корабля «Клементина» висит в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия.

См. также

• Список миссий на Луну

Дальнейшее чтение

• Кауфман, Б.; Миддур, Дж.; Дасенброк, Р.; Кэмпион, Р. (1 мая 1995 г.). «Обзор астродинамики для миссии научного эксперимента программы глубокого космоса (DSPSE)» . Акта Астронавтика . Проблемы космоса для лучшего мира. 35 (9): 661–668. Бибкод : 1995AcAau..35..661K . дои : 10.1016/0094-5765(95)00011-N . ISSN   0094-5765 .

Внешние ссылки

• «Клементина» Профиль миссии от НАСА по исследованию солнечной системы
• «Клементина» Обзор миссии от Военно-морской исследовательской лаборатории
• Информация о проекте Клементина
• Обзор миссии Клементины
• КЛЕМЕНТИНА — ИЗОБРАЖЕНИЯ Геологической службы США
• Новостные фотографии от Министерства обороны США
• NASA PDS Imaging Node Clementine. Страница миссии Архивировано 31 июля 2020 г. на Wayback Machine.
• Исследование Луны: Клементины Миссия